Longitud
La longitud de un conductor es directamente proporcional a
la resistencia del mismo, ya que los electrones que por él
circulan deberán recorrer un trayecto mayor y por tanto
necesitarán más energía.
En
los sistemas de potencia, con grandes tensiones e intensidades,
hacen falta conductores de tamaños considerables para
ser capaces de transportar tales energías. Entre los
materiales más empleados se halla el cobre, que como
cualquier otro metal presenta unas características
de maleabilidad. Pero esta adaptabilidad, con conductores
de 20mm o 30mm de diámetro, es prácticamente
inexistente comportándose los mismos no como conductores
flexibles y adaptables, sino más bien, como autenticas
varillas rígidas, inutilizables para los menesteres
a los que están encomendados.
Así, cuando un conductor excede de un determinado radio
o diámetro, ya no se construye macizo, sino con la
unión de múltiples hilos formando un cable,
que no es más que un conductor compuesto por hilos
enrollados en haz para mantener su consistencia mecánica
y al mismo tiempo permitir, aun con diámetros considerables,
flexibilidades y torsiones adecuadas a su uso.
Si nos centramos en cables, su longitud no coincide con la
longitud de los hilos que lo forman, ya que el cable, como
conjunto, no tendrá en cuenta el efecto de trenzado
al que sí se han visto sometidos cada unos de los hilos
que lo componen. Esta es la razón por la que existen
dos longitudes: una real (la de los hilos), y una teórica
(la del cable), siendo la longitud real mayor que la longitud
teórica.
Un
cable con una longitud de 1m (LTEÓRICA)
estará formado por hilos entrelazados o trenzados con
una longitud de 1.02m (LREAL).
En consecuencia, el valor de la resistencia real tendría
que estar influenciada por este aumento de valor. En realidad,
los fabricantes de cables al realizar sus tablas de valores
ya tienen en cuenta esta variación, considerando para
el cálculo de la resistencia los valores
reales de la longitud.
Sección
A mayor sección menor resistencia, ya que los electrones
disponen de más espacio para circular por el conductor.
Aparte, algo parecido a la longitud ocurre con la sección;
así, si consideramos la sección del cable en
su conjunto (STEÓRICA),
estaremos añadiendo los espacios entre hilos (aire,
pequeños residuos, aceites, etc) que no están
ocupados por cobre. Se tendría que considerar realmente
sólo la superficie real (SREAL),
es decir, la verdaderamente ocupada por el material conductor,
el cobre.
Constitución
de un cable eléctrico. Comparación entre secciones
La sección real es por termino medio un 1% o 2% menor
que la teórica, lo que repercute en el valor final
de la resistencia. También con este parámetro
los fabricantes de cables consideran para el cálculo
de los valores que leemos en tablas la sección real.
Es decir, las tablas para los distintos materiales ya tienen
presente estos desajustes entre los valores reales y teóricos
dados en conductores tipo cable.
Materiales
empleados en la construcción de líneas aéreas
El material empleado en electricidad por excelencia es el
cobre. Es un material dúctil, muy buen conductor y
bastante fácil de manejar, en otras palabras un material
sin problemas.
No existiría razón para suplirlo si no fuera
simplemente porque su uso se ha extendido tanto como su precio.
Al ser utilizado en la construcción de todas las máquinas
eléctricas, los circuitos de baja tensión, las
líneas de transporte de energía eléctrica,
etc., su valor ha ido aumentando, lo que ha estimulado la
búsqueda nuevos de materiales alternativos.
Algunas de las características eléctricas y
mecánicas de algunos materiales susceptibles de ser
empleados en electricidad son las siguientes:
El
primer material que se empleó como sustituto para el
cobre fue el aluminio. Es un material con una resistividad
mayor que la del cobre, pero sigue siendo buen conductor;
es menos pesado y presenta un precio sustancialmente más
bajo. Si los comparamos tendremos:
Fig.
: Comparación entre conductores de cobre y aluminio
a igualdad de resistencia
-
A igualdad de resistencia eléctrica, el cable de aluminio
será de mayor tamaño, debido a que es
peor conductor.
- Aun con su mayor tamaño, el cable de aluminio será
a igualdad de resistencia eléctrica, la mitad de pesado.
Esto es una gran ventaja, tanto para el transporte como para
su colocación en las altas torres metálicas.
- También a igualdad de resistencia, el cable de aluminio
será más económico que el cable de cobre.
- Menor efecto corona por disponer de más diámetro
el cable de aluminio.
- Pero debido a su bajo poder a la tracción, el aluminio
no puede tensarse, lo que lo imposibilita para ser utilizado
como conductor en las líneas eléctricas.
¿Cómo
se podía resolver este problema, si todo eran ventajas
para el uso del aluminio? Se penso en utilizar el aluminio
mezclado con otro material, como por ejemplo el acero, pero
el acero es realmente un mal conductor y mermaría sobremanera
la conducción. Aunque si se unían los dos materiales
formando una aleación, es decir, fabricando los conductores
de aluminio, pero con la parte central constituida por un
alma de acero, el problema podía resolverse. Concretamente,
el alma de acero sería la encargada de soportar los
esfuerzos de tracción, mientras que los hilos de aluminio
transportarían por su parte la corriente. Además,
recordando que gracias al efecto pelicular, por el centro
del conductor pasaría muy poca intensidad (aunque fuera
de acero), la conducción, realmente, no se vería
prácticamente mermada, siendo las nuevas condiciones
de funcionamiento las siguientes:
Fig.
: Comparación de tamaños entre el cable de aluminio-acero
y el cable de cobre
-
A igualdad de resistencia eléctrica, el cable de aluminio-acero
sigue siendo de mayor tamaño debido a que es menos
conductor.
- Aun con su mayor tamaño, el cable de aluminio-acero
será, a igualdad de resistencia eléctrica, un
tercio menos pesado, lo que representa una gran ventaja tanto
para el transporte como para su colocación.
- También a igualdad de resistencia, el cable de aluminio-acero
sigue siendo más económico que el cable de cobre.
- Menor efecto corona al disponer de más diámetro
el cable de aluminio-acero.
- Todo el poder de tracción se lo dará el alma
de acero, sirviendo el aluminio como conductor exclusivamente.
Finalmente, una clasificación de las resistencias según
el material constructivo que se emplee servirá para
sentar las bases teórico-prácticas:
a) Metálicas: El material utilizado tiene generalmente
forma de hilo o cinta, que en este caso reciben el nombre
de resistencias bobinadas. El hilo o las cintas están
enrolladas sobre un soporte de material aislante. El hilo
es generalmente de una aleación que contiene dos o
más elementos, como pueden ser el cobre, el hierro,
el níquel, el cromo, el cinc o el manganeso.
b) No metálicas: La sustancia utilizada es el carbón
o el grafito, los cuales tienen una elevada resistencia específica.
Por esta razón pueden construirse de menor tamaño
que las resistencias bobinadas.
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